隨著城鎮的快速發展,高層建筑的數量在不斷增多,由于市政供水管網壓力有限,大部分超過市政供水服務水壓的高層建筑需要通過二次供水的方式解決用水問題。二次供水是指供水單位將來自城市公共供水(即水廠)和自建設施(即水井)的供水,經貯存加壓或者根據需要進行深度處理和消毒后,通過管道向用戶供水的方式血。傳統的二次供水泵房由于建設和管理多元化,造成日常運行維護、監管職責不明晰運行維護責任不到位,存在較大的安全隱患;泵房水質方面，二次供水方式與市政管網直接供水相比,需要經過二次供水設施這一環節,由于二次供水設施的設計、施工不規范,極易導致二次供水水質不安全。為加快推進二次供水建設,國家相關部門先后下發多個二次供水相關政策，科學規劃建設二次供水設施,推進二次供水設施運行維護專業化，解決好城鎮供水“最后一公里”的水質安全問題。近年來,隨著國家“新基建”戰略的不斷推進,大數據、5G、云計算、物聯網等新技術與基礎設施的融合持續深化,二次供水泵房可以借助新技術的應用進行數字化轉型升級,持續為人們提供正常穩定的生活、飲水安全。

一、系統構架

1.1 感知層

泵房除了安裝水箱、泵組等二次供水必須的設備外,在泵房內的特定位置安裝輔助設備,包括環境傳感器、水質監測儀、攝像頭等,其中環境傳感器包含溫濕度、明火、煙感、人體感應等傳感設備;水質檢設備針對余氯高精度 DPD 法、濁度、pH 值等數據檢測、分析、預警,保障生活供水的水質;攝像頭用于對泵房環境及管理人員操作情況進行記錄。泵房內機電設備包括閥門電動器、消毒設備、排污泵、空調等,用于執行泵房管理控制。

1.2網絡層

通過有線與無線相結合的方式把感知層采集到的各種數據上傳到泵房的管理平臺,同時完成管理平臺到設備端的指令下發。1.3 應用層

應用層即泵房管控平臺,管理人員在監控中心或者通過移動端設備訪問管控平臺,實現對泵房的泵組管理、環境監控、能耗管理、系統巡檢、入侵監測、數據管理、表計監測等管理。

二、系統功能

泵房內的主控系統采用物聯網云、邊、端分級架構設計,利用物聯網、云計算、大數據、工業智能等ICT 技術,具有開放、安全、可靠、易用等特點,為泵房提供設備廣泛物聯、數據實時采集、業務自動化、運維智能化等核心能力。該系統部署在泵房的監控中心該系統主要功能包括大屏、實時監控、智能控制、數據分析、設備管理、實時告警和系統設置。系統功能模塊如下頁圖 2所示。

2.1 大屏

為方便泵房日常運維,泵房主要信息通過聯接外接顯示器、LED 屏對泵組狀態、供水信息、環境安全水質信息菜單進行切換展示，直觀顯示泵房實時運行狀態見下頁圖 3。

2.2 實時監控

1)泵組監控:泵組轉速、頻率、進口壓力、出口壓力、報警狀態、泵組噪聲、泵組震動等。

2)水質監控:實時在線監測水質余氯、濁度、pH值等數據;智能分析水質,當水質超標時進行緊急停機并報警。

3)水箱安全:用水量歷史數據完成用水預測,根據水箱液位完成智能補水(錯峰、動態補水、節假日供水),滿足居民用水需求的同時,實現緩解管網壓力波動功能;同時對水箱水齡進行邊緣計算,通過控制水箱供水閥門開度,調節補水情況,從而控制水箱水齡數據在合適的范圍。

4)環境監控:實時監控泵房環境、溫度、濕度、跑冒滴漏等。

5)實時報警:360°人臉識別會自動識別進入者容貌,非工作人員非法闖人智能報警;泵組運行狀態報警、水質超限報警等。2.3 智能控制

1)聯動定義是指運維管理人員利用意圖物聯網技術@對泵房管理需求進行物與物的控制邏輯(M2M)部署,滿足泵房設備之間的業務聯動。

2)遠程控制指管理人員可以通過遠程模式控制機組的急停、遠程調參;遠程監控門禁、視頻系統。對泵房內水泵、液位計、空調等設備進行遠程控制。2.4 數據分析( 見圖 4)

感知層采集的泵組運行數據、用水量歷史數據等進行數據統計、數據分析、數據清洗,充分利用大數據技術，完成智慧運維的決策支持及水齡的動態控制以保證泵組安全、水質安全。

數據分析是指通過數據報表、智能分析,對泵房的泵組運行時長、運行狀態、故障狀態、系統控制等運行數據匯總統計,并對平均水齡、平均出水量等指標進行智能分析。

設備管理25

泵房設備數量多、類型跨度大,通過設備管理模塊,實現對泵房設備的維護、升級、管理,及時了解設備接口數量、連接、運行狀態。

2.6視頻監控

視頻系統實時對泵房的人員人侵等情況進行安全監測。

2.7系統設置

系統設置包括菜單管理、控制面板、用戶管理、系統日志,滿足管理人員對系統的功能設置、賬戶管理等需求。

三、關鍵技術

區域計算3.1

區域計算是赫里奧(蘇州)科技有限公司技術團隊在物聯網邊緣計算的基礎上進行的技術升級,豐富了邊緣計算的業務范圍,實現虛擬模型驅動。區域計算部署在設備側,物理的一端,靠近數據源的地方,它和云計算相輔相成,保證了端側設備數據反饋的實時性、高可靠性、高效率、高安全性。通過區域計算技術,對整個泵房系統的運行數據截取進行分析,得出各個節點的水位、水質變化情況,及時進行管控。管控內容主要有:水箱監測控制、排氣扇聯動控制、排污泵聯動控制、除濕、消防等。

3.2意圖物聯網

意圖物聯網的概念是赫里奧(蘇州)科技有限公司技術團隊在業界首先提出的,是一種基于用戶對物聯網業務的需求和意圖進行網絡的部署,管理及應用的新型物聯網技術。由于意圖物聯網可以在網絡傳輸層上支持多協議互通,可以實現泵房內不同廠商傳感器及設備之間的信息交換、各個子系統的信息交換,利用意圖物聯網技術,當需要調整或增加泵房控制邏輯時不用修改程序,只需要通過用戶圖形界面設置(系統聯動定義模塊)就可將控制指令下發到設備端去執行,這是目前絕大部分的物聯網平臺都無法實現的。

低功耗無線網絡技術3.3

物聯網技術的蓬勃興起推動了無線傳感網絡的發展,LoRa是低功耗廣域網通信技術中的一種,其優勢在于技術方面的長距離能力，具備高性能、遠距離、低功耗,支持大規模組網等突出特點,非常適合泵房這類環境條件比較嚴苛的場景回。泵房中使用搭載LoRa 技術的溫濕度傳感器、水浸傳感器、明火傳感器、煙感傳感器對環境參數進行采集,對空調、除濕機、門禁、排風扇、排污泵、消毒系統、閥門電動執行器等設備進行聯動控制,在報警情況下將報警數據上傳至平臺,并通過聯動控制設備對泵房環境進行應急性的調節,保證泵房安全

3.4 數據挖掘與分析

數據挖掘技術即從海量的數據信息中提取、分析、預測事物發展規律,總結現有數據表示含義,整合統計學、機器學習和數據庫等相關技術的綜合學科四泵房系統通過整合各類傳感設備數據信息,采用數據挖掘技術,根據小區用戶用水量歷史數據,學習并預測當天用水高峰期和用水量數據,控制閥門電動執行器,進行智能補水(錯峰、動態補水、節假日供水),科學調度水力資源,保障小區用戶用水需求,達到科學預警、減少成本的目的。

四、結語

介紹了區域計算和物聯網技術在一體化智慧二次供水泵房的應用,通過區域計算、物聯網技術,實現泵房泵組、水質的實時檢測、智慧消毒、安消防一體化等功能,確保泵房日常管理的事前預警、事中監控、事后追溯,打造“物聯、數聯、智聯”的泵房數字底座,同時,利用意圖物聯網技術將二供泵房日常操作系統的業務面和技術面分離,實現“零代碼”定義業務,可視化的平臺使用工具,降低業務系統操作門檻,解決好城鎮供水“最后一公里”的水質安全問題,為人們提供正常穩定的生活飲水。